FR2794852A1

FR2794852A1 - Echangeur de chaleur comprenant une rangee de tubes traversant des trous d'une plaque collectrice

Info

Publication number: FR2794852A1
Application number: FR9907208A
Authority: FR
Inventors: Michel Potier
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2019-06-08
Also published as: FR2794852B1

Abstract

Avant d'introduire les extrémités des tubes (1-1, 1-2) à section ovale dans les trous (9) d'une plaque collectrice (5), on les déforme par pressage de l'extérieur pour réduire le grand axe de la section ovale de la valeur d'origine D0 à une valeur D1 , et on élargit les trous par précontrainte pour obtenir une traversée étanche sans élargissement ultérieur des tubes. On évite ainsi de soumettre les tubes à des contraintes qui risqueraient d'affaiblir leur résistance mécanique, et on peut obtenir des relations dimensionnelles optimisant l'encombrement de l'échangeur de chaleur. Application à la réalisation d'échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.

Description

Échangeur de chaleur comprenant une rangée de tubes travers sant des trous d'une Dlaaue collectrice L'invention concerne un procédé pour réaliser un échangeur de chaleur comprenant au moins une rangée de tubes et au moins une boîte collectrice en communication de fluide avec une extrémité de chaque tube, chaque tube traversant de manière étanche au fluide, au voisinage de ladite extrémité, un trou d'une plaaue collectrice limitant la boîte collectrice, les tubes présentant une section transversale sensiblement ovale, avec un premier rapport diamétral entre le grand axe et le petit axe sur la majeure partie de la longueur du tube et un second rapport diamétral plus petit que le premier dans la région de la traversée de la plaque collectrice, procédé dans lequel, avant l'introduction des extrémités des tubes dans lesdits trous, on les déforme par pressage de l'extérieur dans la direction du grand axe. On connaît un tel procédé, notamment pour le montage d'un radiateur de refroidissement de véhicule, dans lequel, après déformation des extrémités des tubes par pressage de l'exté rieur et introduction de celles-ci dans les trous de la plaque collectrice, on les élargît de l'intérieur pour obtenir un serrage étanche dans lesdits trous.

L'élargissement de l'intérieur entraîne un allongement du périmètre de la section transversale des tubes dans leur région d'extrémité, accompagné d'un amincissement de la paroi. Une telle déformation engendre des contraintes mécaniques qui produisent un affaiblissement de la matière, d'autant plus marqué que la section transversale de l'ext-ré- mité des tubes est plus éloignée de 'La forme circulaire, optimale quantà la résistanceà la pression.

De plus, pour une section de passage donnée du fluide dans les tubes, un rapport diamétral relativement élevé augmente l'encombrement des extrémités des tubes dans la direction du grand axe, et par conséquent celui de l'échangeur de chaleur lui-même, compte tenu de la quantité de matière nécessaire autour des trous pour assurer la tenue mécanique de la plaque collectrice.

Le but de l'invention est de remédierà ces inconvénients. L'invention vise notamment un procédé du genre défini en introduction, et prévoit que ledit second rapport diamétral est supérieurà 1 et inférieurà 1,2 et qu'un serrage étanche des tubes dans les trous de la plaque collectrice est obtenu par élargissement desdits 'trous par précontrainte lors de ladite introduction, sans élargissement ultérieur des tubes. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémen taires ou alternatives, sont énoncées ci-après: Ledit second rapport diamétral est compris entre1,15 et 1,18.

La plaque collectrice comprend un corps rigide et une garniture souple définissant un collet d'étanchéité entre chaque tube et le corps.

- Les extrémités de deux tubes sont logées dans un même trou du corps de la plaque collectrice avec interposition d'un élément d'étanchéité en forme de8 et la déformation de celles-ci par pressage est réalisée de manièreà réduire l'entre-axe des tubes dans ladite région.

L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur tel qu'on peut !,obtenir par le procédé défini ci-dessus, comorenant au moins une rangée de tubes et au moins une boite collectrice en communication de fluide avec une extrémité de chaque tube, chaque tube traversant de manière étanche au fluide, au voisinage de ladite extrémité, un trou d'une plaque collectrice limitant la boîte collectrice, les tubes présentant une section transversale sensiblement ovale, avec un premier rapport diamétral sur la majeure partie de la longueur du tube et un second rapport diamétral plus petit que le premier dans la région de la traversée de la plaque collectrice, le périmètre des tubes étant sensiblement le même dans ladite région que sur le reste de la longueur des tubes.

L'échangeur de chaleur selon l'invention peut comporter au moins certaines des particularités suivantes: - Le grand axe et le petit axe sont sensiblement de9,25 et 8,75 mm. respectivement dans ladize région.

- L'entre-axe des tubes dans ladite rangée est inférieurà 12,5 mm.

- Il comprend au moins deux rangées de tubes, chaque tube d'une rangée étant décalé d'au plus15 mm, perpendiculaire mentà- la direction des rangées,par rapportà un tube d'une rangée voisine.

- Il comprend deux rangées de tubes et les tubes traversent une région sensiblemen-i%-- plane de la plaque collectrice entourée par une gorge périphérique prévue pour l'assemblage de la boîte collectrice, la largeur de ladite région plane étant inférieureà 33 mm.

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés.

La figure1 est une vue partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon l'invention.

La figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale, selon la ligne II-II de la figure3.

La figure3 est une vue partielle de dessus montrant la plaque collectrice et une partie des tubes de l'échangeur de chaleur des figures 1- et 2. La figure 4 est une vue parti-elle en coupe transversale d'une variante de cet échangeur de chaleur.

La figure5 montre en superposition, pour chacun des deux tubes partiellement illustrés sur la figure 4, les sections transversales du corps et de la zone d'étanchéité du tube. Les figures6 et7 illustrent différentes phases de l'opéra tion de déformation des extrémités des tubes par pressage de !,extérieur dans le procédé selon !,invention.

Les figu-res 8 à il illustrent différentes phases de l'opéra tion d'assemblage sous précontrainte dans le procédé selon l'invention.

L'échangeur de chaleur représenté sur les figures1 à 3 comprend deux rangées de tubes. on peut voir deux tubes voisins1-1 et1-3 appartenantà une première rangée si-tuée dans la moitié gauche desf igures 1 et3, et deux tubes voisins 1-2 et 1-4 appartenantà la seconde rangée, située dans la moitié droite de ces figures.

L'ensemble des tubes forme un bloc rigide avec des ailettes 2 en tôle métallique mutuellement empilées dans la direction longitudinale des tubes, chacrue tube traversant des trous mutuellement alignés ménagés dans les différentes ailettes. Les extrémités supérieures des tubes, comme représenté sur la f igure 1, sont en corununication def luide avec une boîte collectrice formée d'un élément1. en forme de bac ouvert vers le bas et d'une plaque collectrice 4 formant couvercle pour le bac, la plaque 4 étant elle-même composée d'un corps rigide5 en tôle métallique et d'une garniture souple6 d'étanchéité en élastomère. Le corps5 est perforé en correspondance des tubes1 et présente, autour de chaque perforation, un collet7 tourné vers le bas, c'est-à-dire vers l'extérieur de la boîteà fluide et vers les ailettes 2. La garniture6 recouvre la surface supérieure du corps5 et forme,à l'intérieur de chacun des collets7, un collet8 également tourné vers le bas, qui délimite un trou9 de la plaque collectrice pour le passage de la région d'extrémité 10 du tube, le collet8 étant comprimé radialement entre la région10 et le collet7 pour assurer l'étanchéité de ce passage.

Les tubes1 présentent une section transversale sensiblement ovale ou elliptique, avec dans la région10 de la traversée de la plaque collectrice, ou zone d'étanchéité, un grand diamètre plus petit et un petit diamètre plus grand que sur la majeure partie de la longueur des tubes, le rapport diamétral étant supérieur à1 et inférieurà 1,2.

Dans l'exemple illustré, les tubes ont sur la majeure partie de la longueur un grand diamètreDo = 12,9 mm et un petit diamètredo = 3,2 mm, le grand diamètreDl et le petit diamètredl dans la région1.0 étant9,75 mm et8,25 mm respectivement, ce qui correspondà un rapport diamétral Dl/dl <B≥ 1,18. Toutes les dimensions indiquées ici pour la section transversale des tubes concernent la face externe de ceux-ci.

Les figures6 et71 illustrent l'étape de déformation des extrémités des tubes par pressage de l'extérieur du procédé selon l'invention. ony voit en vue de dessus deux tubes voisins1-1 et1-3 d'une même rangée, qui ont initialement une section transversale uniforme sur toute leur longueur, de grand diamètreDo et de petit diamètredo. On présente de part et d'autre de la rangée de tubes1-1, 1-3, etc, en regard des régions d'extrémitéà déformer, deux mâchoires15 symétriques l'une de l'autre par rapport au plan16 contenant les axes longitudinaux des tubes, ces mâchoires présentant des bords plan respectifs17 tournés l'un vers l'autre, parallèles au plan16, à partir desquels sont ménagées des encoches18 dans lesquelles sont partiellement logées les régions d'extrémité des tubes. on rapproche ensuite les deux mâchoires pour amener leurs bords17 en appui mutuel, comme montré sur la figure7. Chaque encoche18 a sensiblement la forme d'un demi-ovale dimensionné de telle sorte que, lors de ce mouvement de rapprochement, les fonds des encoches s'appuient sur les extrémités du grand diamètre de la section transver sale des régions d'extrémi-t-é des tubes, déformant celles-ci avec diminution du grand diamètre et augmentation du petit diamètre et sans modification de la longueur du périmètre, jusqu'à ce que la région d'extrémité des tubes vienne en contact sur toute sa périphérie avec le contour des encoches, comme montré sur la figure7.

on procède ensuiteà !,introduction des régions d'extrémité 10 des tubes ainsi déformées dans les trous de la plaque collectrice. Onmeut utiliserà cet effet le procédé décrit dans FR 2529 110 A et illustré par les figures8 à 11. L'outillage représenté comprend un presseur 20 s'appuyant sur la face supérieure de la garniture6pour appliquer celle-ci sur le corps5 de la plaque collectrice, et un drageoir 21 sur lequel le corps5 prend appui. Le presseur 20 présente, mour chaaue tube1 de l'échangeur de chaleur, un alésage 22 dans lequel peut coulisser un poinçon23 comprenant un corps cylindrique 24 dont la section transversale correspond sensiblementà celle de la région d'extrémité10 du tube, et une tête25 faisant saillieà l'extrémité inférieure du corps, dont la section transversale correspondà celle de la face interne26 du tube dans la région10. La tête25 du poinçon peut donc être introduite dans le trou9 par un descendant du poinçon. Lorsque ce mouvement se r poursuit, comme montré sur la figure9, le corps 24 du poinçon s'engageA son tour dans le trou9, provoquant une dilatation de celui-ci et par conséquent une compression radiale du collet8 entre le poinçon et le collet7 du corps de la plaque collectrice. La tête du poinçon s'engage ensui-te, comme montré sur la figure10, dans la région d'extrémité10 du tube, le bloc de tubes et d'ailettes étant placéà cet effet en regard de la plaque collectrice. On écarte alors le drageoir 21 pour libérer la plaque collectri ce et on pousse vers le bas le presseur 20 qui entraîne avec elle la plaque collectrice, les collets8 coulissant le long des corps de poinçons 24 pour venir finalement entourer la région d'extrémité des tubes. La précontrainte radiale des collets8, effectuée par les poinçons23, est maintenue par les régions d'extrémité des tubes, assurant ainsi l'étan chéité du passage de ces dernières sans qu'elles aientà subir un élargissement de l'intérieur.

On peut cependant prévoir en option, comme montré sur les figures 2 et3, des évasements30 des extrémités des tubes, localisés aux extrémités du petit diamètre de leur section transversale. Ces évasements assurent un verrouillage mécanique des extrémités des tubes par rapportà la plaque collectrice et sont situés non pas en regard des collets7 du corps5, mais au-dessus de celui-ci, a un endroit où les tubes ne sont pas soumisà des contraintes mécaniques.

L'absence d'élargissement des tubes dans la zone d'étanchéité permet de limiter l'entre-axe des tubes dans chaque rangée, et par conséquent !,encombrement de l'échangeur de chaleur dans la direction de ces rangées. Ainsi, avec les dimensions de tubes indiquées plus haut, on peut atteindre un entre-axe inférieurà 12,5 mm.

Par ailleurs, la réduction du grand diamètre de la section transversale de la région d'extrémité des tubes permet de limiter également le décalage latéral d'une rangéeà l'autre, par exempleà une valeur maximale de15 mm. Il en résulte une diminution de l'encombrement de l'échangeur de chaleur dans la direction perpendiculaireà la longueur des rangées. Ainsi, dans le cas d'un échangeur de chaleurà deux rangées de tubes comme montré sur les figures1 et3, la largeur1 de la région sensiblement plane31 de la plaque collectrice, situéeà l'intérieur d'une gorge périphérique32 qui reçoit le bord périphérique épaissi33 du bac3, peut être infé rieureà 33 mm.

Les figures 4 et5 montrentque l'invention peut être mise en oeuvre pour la réalisation d'un échangeur de chaleur tel que décrit dans FR 2693 545A, dans lequel les régions d'extré mité de deux tubes 40 appartenantà deux rangées voisines pénètrent dans un trou unique du corps rigide 41 de la plaque collectrice, avec interposition d'un élément d'étanchéité formé par la garniture en élastomère 42, comprenant un collet annulaire 43 et une partie centrale 44 s'étendant en travers du collet 43, entre les deux tubes. Comme on le voit sur la figure5, les régions d'extrémité 45 et les régions restantes 46 des tubes présentent des sections transversales sensible ment ovales ou elliptiques avec des relations dimensionnelles telles qu'indiqué plus haut, l'entre-axe des deux tubes étant plus petit dans les régions 45 que dans les régions 46.

Bien entendu, l'invention est utilisable également pour des échangeurs de chaleur comprenant une seule rangée de tubes, ou plus de deux rangées de tubes.

Claims

Revendications 1. Procédé pour réaliser un échangeur de chaleur comprenant au moins une rangée de tubes (1) et au moins une boîte collectrice(3, 4) en communication de fluide avec une extrémité de chaque tube, chaque tube traversant de manière étanche au fluide, au voisinage de ladite extrémité, un trou (9) d'une plaque collectrice (4) limitant la boîte collectri ce, les tubes présentant une section transversale sensible ment ovale, avec un premier rapport diamétral (DO/do) entre le grand axe et le petit axe sur la majeure partie de la longueur du tube et un second rapport diamétral (Dl/dl) plus petit que le premier dans la région(10) de la traversée de la plaque collectrice, procédé dans lequel, avant l'introduc tion des extrémités des tubes dans lesdits trous, on les déforme par pressage de !,extérieur dans la direction du grand axe, caractérisé en ce que ledit second rapport diamétral est supérieurà 1 et inférieurà 1,2 et en ce qu'un serrage étanche des tubes dans les trous de la plaque collectrice est obtenu par élargissement desdits trous par précontrainte lors de ladite introduction, sans élargissement ultérieur des tubes. 2. Procédé selon la revendication1, dans lequel ledit second rapport diamétral est compris entre1,15 et1,18. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plaque collectrice comprend un corps rigide(5) et une garniture souple(6) définissant un collet d'étanchéité (8) entre chaque tube et le corps. 4. Procédé selon la revendication3, dans lequel les extrémités de deux tubes (40) sont logées dans un même trou du corps de la plaque collectrice avec interposition d'un élément d'étanchéité (43, 44) en forme de8 et dans lequel la déformation de celles-ci par Dressage est réalisée de manière à réduire l'entre-axe des tubes dans ladite région. 5. Échangeur de chaleur tel qu'on peut l'obtenir par le procédé selon l'une des revendications précédentes, compre nant au moins une rangée de tubes(1) et au moins une boîte collectrice(3, 4) en communication de fluide avec une extrémité de chaque tube, chaque tube traversant de manière étanche au fluide, au voisinage de ladite extrémité, un trou (9) d'une plaque collectrice limitant la boîte collectrice, les tubes présentant une section transversale sensiblement ovale, avec un premier rapport diamétral (DO/do) sur la majeure partie de la longueur du tube et un second rapport diamétral (Dl/dl) plus petit que le premier dans la région (10) de la traversée de la plaque collectrice, le périmètre des tubes étant sensiblement le même dans ladite région que sur le reste de la longueur des tubes. 6. Échangeur de chaleur selon la revendication5, dans lequel le grand axe(Dl) et le petit axe(dl) sont sensible ment de9,25 et8,75 mm respectivement dans ladite région. 7. Échangeur de chaleur selon la revendication6, dans lequel l'entre-axe des tubes dans ladite rangée est inférieur à 12,5 mm. 8. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications6 et 7, comprenant au moins deux rangées de tubes, chaque tube (1-1) d'une rangée étant décalé d'au plus15 mm, perpendicu lairement àL la direction des rangées, par rapportà un tube (1-2) d'une rangée voisine. 9. Échangeur de chaleur selon l'une des revendications6 à 8, comprenant deux rangées de tubes et dans lequel les tubes traversent une région sensiblement plane(31) de la plaque collectrice entourée Dar une gorge périphérique(32) prévue pour l'assemblage de la boîte collectrice, la largeur de ladite région plane étant inférieureà 33 mm.